电力变压器全寿命周期成本模型及灵敏度分析

C nh = ［ p0 + β2 （ p w + p f） ］ × η × 8 760 × p r （ 6 ）
C CT =
C cf （ ∑ 1 i =0
1 +r i ） ） +R
i
（ 9）
变压器年故障成本
0028
2012 ， 40 （ 1 ）
C cf = S × cos × β × t g × K d × P r + （ λ sg + λ za + λ qx ） C jx
Life Cycle Cost Model and Sensitivity Analysis of Power Transformer
XIA Chengjun，QIU Guihua，HUANG Dongyan，LU Kai （ School of Electric Power，South China University of Technology，Guangzhou 510640 ，China） Abstract： Based on the theory of life cycle cost （ LCC） ，the life cycle cost model of power transformer is established considering the time value of money，and the method of sensitivity analysis is proposed． A practical example is illustrated to analyze the proportion of cost in different stages in transformer life cycle； the sensitivity analysis is conducted to find the key cost factors for the transformer． The main approach to reduce the transformer LCC is put forward： keep low energy cost during the transformer equipment selection，operation and modification； replace the periodic maintenance with the condition based maintenance to optimize the maintenance mode． Key words： power transformer； life cycle cost（ LCC） ； time value of money； sensitivity analysis； energy cost； conditionbased maintenance Foundation items： Basic Research Universities Special Foundation（ 2009ZM0210 ）
T －1wk.baidu.com
C CO =
∑ C CO （
i =1
1 +r ） 1 +R
i
（ 4） （ 5）
C co = C nh + C cs
式中 C co — — —变压器每年运行成本； C nh — — —变压器年能耗费； p0 — — —变压器空载损耗； pw — — —变压器负载损耗； pf — — —变压器辅助损耗； — —平均负载率， β— 取 β = 70% ；
以 2 个变压器生产厂家生产的同类变压器 A、 B 为例进行变压器的 LCC 计算并进行分析。 变压器 的 电 压 等 级 为 220 kV， 额 定 容 量 为 180 MVA， 变压器的使用寿命一般以 30 年计。 2． 1 2． 1． 1 全寿命周期成本计算 变压器基础数据 B 的基础数据如表 1 所示。 购置 变压器 A、 价来自设备厂家的报价， 损耗参数由变压器的铭 牌可得， 事故率、 障碍率和缺陷率可通过《广东电 对该类 网 110 ～ 500 kV 电力装备质量分析报告 》 变压器的运行历史数据得到。
出了影响电力变压器 LCC 的关键成本因素， 同时 针对关键成本因素提出减少变压器 LCC 的措施。
1
1． 1
电力变压器全寿命周期成本建模
资金的时间价值 变压器的 LCC 是在较长时期内连续发生的
费用， 应该考虑到资金的时间价值。 在计算变压 器的 LCC 时， 首先计算出变压器寿命期内各年所 花费的成本， 再按确定的社会折现率和通货膨胀 率折算到设备购置初期的现值， 最后将各年的现 值相加求得变压器的 LCC 。
近年来围绕电力变压器全寿命周期成本 （ life cost cycle， 简称 LCC ） 开展了不少研究且取得了一 些成果。华东电网有限公司从 2003 年开始资产 全寿命周期管理的探索研究， 且将 LCC 运用到了 对泰和变电站 GIS 的大修、 技改和更新方案的决 ［1 ， 2 ］ ； 文献［ 36］ 策中 将 LCC 运用到了变电站的初 期主接线、 工程规划设计与建设、 设备管理等方 7］结 合 Weibull 寿 命 分 布， 面； 文 献 ［ 用 MonteCarlo 方法模拟变压器运行中的故障情况 ， 在此基 础上计算全寿命周期内所发生的费用 。 目前文献均较少对影响电力变压器 LCC 的 关键成本因素进行深入分析， 以达到减少 LCC 之 目的。本文基于电力变压器 LCC 计算模型， 对变 压器 LCC 的各部分成本进行了比例分析， 并对影 响电力变压器的成本因素进行了灵敏度分析 ， 得
式中 C CI — — —变压器的初始投资成本 ； C CO — — —变压器的运行成本； C CM — — —变压器的检修维护成本 ； C CF — — —变压器的故障成本； C CD — — —变压器的退役处置成本 。
pr — — —综合电价， 取 p r = 0． 85 元 / （ kW · h ） ； 取最 大负荷利用小时数 T max = 6 500 h， 经验系数 K = 0. 3［5］ ， 得年负荷损耗率 η = K （ （ T max 2 ） = 0． 608 。 8 760
T －1
LCC =
式中
Ai （ ∑ 1 i =0
1 +r ） +R
i
（ 1）
T— — —变压器的寿命年限； A i — — —变压器每年花费 — —通货膨胀率； R— — —社会贴现率。 的成本； r—
夏成军， 等
电力变压器全寿命周期成本模型及灵敏度分析
0027
《建设项目经济评价方法与参数 国家发改委 （ 第 3 版） 》 规定将社会折现率取为 R = 8% ， 通货 膨胀率可取 r = 4% 。 1． 2 全寿命周期成本分解 变压器的 LCC 包括从设备购置、 安装、 运行、 检修、 改造直至报废全过程所发生的费用。 主要 包括变压器的初始投资成本、 运行成本、 检修维护 ［2 ， 8 ］ 。 故障成本和退役处置成本 成本、 LCC = C CI + C CC + C CM + C CF + C CD
表1
变压器 购置价 C gz / 万元 空载损耗 p0 / kW 负载损耗 p w / kW 辅助损耗 p f / kW 事故率 λ sg / 次·（ 台·a） 障碍率 λ zq / 次·（ 台·a） 缺陷率 λ qx / 次·（ 台·a）
第 40 卷 第 1 期 2012 年 1 月
Vol． 40 No． 1 Jan． 2012
电力变压器全寿命周期成本模型及灵敏度分析
夏成军， 邱桂华， 黄冬燕， 卢 锴
（ 华南理工大学 电力学院 ， 广州 510640 ） 摘 要：以全寿命周期成本理论为基础 ， 建立了考虑资金时间价值的电力变压器全寿命周期成本计算模型 ， 给
T －1
。
（ 4 ） 变压器的故障成本 变压器故障成本是指因为变压器发生故障而 造成缺电或者供电中断所引起的损失成本 ， 包括 故障检修费用和故障损失费用。故障检修费用包 括迁拆故障设备费用、 运输故障变压器费用、 安装 新设备费用； 故障损失费用是由于故障停运所造 成的停电、 公司信誉受损以及社会影响和责任的 间接损失， 可按电价倍数进行折算。 13］ 根据文献［ 对设备事故、 障碍和缺陷的定 义可知， 变压器的故障损失成本只考虑由于事故 所导致的停电损失成本， 而故障检修成本则需考 虑变压器由于事故、 障碍和缺陷造成的故障检修 成本。变压器的故障成本
T －1
T max ） + （ 1 － K） 8 760
变压器日常巡视检查费 C xs = C nxs （ ∑ 1 i =0 1 +r ） +R
i
（ 7）
（ 2）
对于 220 kV 站一般设计为无人值守变电站 10 ］ ， 结合文献［ 每年日常 仅需少量的运行工时， 巡视检查费 C nxs 约 5 万元。 （ 3 ） 变压器的检修维护成本 变压器检修维护成本包括大修费用和小修费 用。每项检修和维护的费用包括了针对该项活动 需要供货方提供的设备、 材料费以及服务费； 还包 括业主方在该项活动中业主方设备、 材料费用以 及人工费用（ 含另请的第三方人工、 材料费 ） 。 变 压器一般在投入后第 5 年进行 1 次大修， 之后每 ［11 ］ 隔 10 年 1 次大修； 每年进行 1 次小修 。 令 U = floor（ C CM T －5 ）， 变压器检修维护成本 10 U －1 1 +r 4 1 + r i ×10 +4 = ［ （ ） + ∑（ ） ］ C dx + 1 +R 1 +R i =0 T －1 1 +r i （ ） ） C xx （ 8） ∑ 1 +R i =0
出了灵敏度分析方法。结合实际算例， 对全寿命周期成本的各阶段成本进行了比例分析 ， 并就成本因素开展 了灵敏度分析， 找出了影响变压器全寿命周期成本的关键成本因素 。提出减少变压器全寿命周期成本的主要 途径： 在设备选型、 运行及改造的过程中， 保持变压器低能耗成本 ； 同时以状态检修代替定期检修来优化变压 器的检修方式。 关键词：电力变压器； 全寿命周期成本； 资金的时间价值； 灵敏度分析； 能耗成本； 状态检修 ）， 作者简介：夏成军（ 1974男， 博士， 副教授， 研究方向为电力系统稳定分析与控制 。 9 ； F407． 61 中图分类号：TM文献标志码：A 9529 （ 2012 ） 01002605 文章编号：1001基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 （ 2009ZM0210 ）
（ 1 ） 变压器的初始投资成本 变压器的初始投资成本主要包括设备的购置 安装调试费和其他费用。 购置费包括设备购 费、 买费、 专用工具及初次备品备件费、 现场服务费、 供货商运输费等； 安装调试费包括业主方运输费、 设备建设安装费和设备投运前的调试费； 其他费 用包括培训费用、 验收费用、 特殊试验费用和可能 要购置的状态检测装置费用等。 C CI = C gz + C az + C qt
式中
（ 10 ）
2
全寿命周期成本算例分析
S— — —变压器容量； cos— — —负荷功率因数， 取 0． 9 ； Kd — — —电价折算倍数， 一般取 K d = 15 ； — —变压器年事故率； λ sg — — —变压器年障碍率； λ za — — —变压器年缺陷率； λ qx — C jx — — —故障检修费用， 一般取设备购置费的 3% ； tg — — —年平均事故停电时间， 变压器的平均事故修 ［7 ］ 复时间一般取 24 h， 则 t g = λ sg × 24 。
式中 C gz — — —购置费； C az — — —安装调试费； C qt — — —其他费用。
（ 3）
式中
C dx — — —单次大修的费用；
C xx — — —单次小修的费用， 根据相关经验值， 将单次 大修费用设为购置费的 6% ； 单次小修费用设为购 置费的 1． 5%
［12 ］
变压器初始投资成本中的安装调试费用一般为 ［ 9 ］ 购置费的 6． 2% ， 其他费用约为购置费的 11. 8% 。 （ 2 ） 变压器的运行成本 变压器的运行成本主要包括变压器能耗费、 日常巡视检查费。变压器能耗费包括变压器本身 损耗费用、 辅助损耗费用等； 日常巡视检查费用包 括日常巡视检查需要的巡视设备和材料费用以及 巡视人工费用。